片機(jī)原理及其接口技術(shù)[3]

1、第5章 MCS-51單片機(jī)的輸入/輸出通道接口 主要內(nèi)容： 輸入/輸出通道的組成與配置，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使讀者了解輸入/輸出通道設(shè)計(jì)的基本原理和方法，掌握常用A/D、D/A芯片及其與MCS-51單片機(jī)的接口電路與程序設(shè)計(jì)。重點(diǎn)和難點(diǎn)在于不同方式的A/D、D/A芯片與MCS-51的接口及其程序設(shè)計(jì)。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 輸入通道（前向通道）：被測(cè)對(duì)象與單片機(jī)聯(lián)系的信號(hào)通道。包括傳感器或敏感元件、通道結(jié)構(gòu)、信號(hào)調(diào)節(jié)、A/D轉(zhuǎn)換、電源的配置、抗干擾等。 輸出通道（后向通道）：?jiǎn)纹瑱C(jī)與被控對(duì)象聯(lián)系的信號(hào)通道。包括功率驅(qū)動(dòng)、干擾的抑制、D/A轉(zhuǎn)換等。 5.1.1 傳

2、感器 傳感器：傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前端部件，它將各種輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)。 傳感器的分類： （1）按傳感器的用途可以將傳感器分為：壓敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅鳌⒛芎膫鞲衅?、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器和生物傳感器等。 （2）按傳感器輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 模擬傳感器、數(shù)字傳感器、開(kāi)關(guān)傳感器等。 5.1 輸入/輸出通道概述 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3傳感器的發(fā)展方向： 傳感器已經(jīng)成為現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)三大支柱之一，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天、軍事國(guó)防等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。其發(fā)展方向主要

3、有以下幾個(gè)方面：（1）利用新的物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、生物效應(yīng)設(shè)計(jì)傳感器。（2）引入數(shù)據(jù)融合技術(shù)。（3）使用新型材料，向微功耗、集成化及無(wú)源化發(fā)展。（4）采用新的加工技術(shù)。（5）向微型化發(fā)展。（6）向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展等。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)35.1.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出通道 過(guò)程I/O通道：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)和被控對(duì)象之間信息的交互通道（輸入通道、輸出通道）稱為過(guò)程I/O通道，過(guò)程I/O通道的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 特點(diǎn)： （1）要靠近拾取對(duì)象采集信息； （2）傳感器、變送器的性能和工作環(huán)境因素嚴(yán)重影響通道的方案設(shè)計(jì)； （3）一般是模擬、數(shù)字等混雜電路； （4）常需

4、要放大電路； （5）抗干擾設(shè)計(jì)非常重要。 輸入通道的結(jié)構(gòu)類型： 輸入通道結(jié)構(gòu)形式取決于被測(cè)對(duì)象的環(huán)境、輸出信號(hào)的類型、數(shù)量、大小等。其結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖所示。 1輸入通道片機(jī)原理及其接口技術(shù)3片機(jī)原理及其接口技術(shù)32輸出通道 特點(diǎn):（1）小信號(hào)輸出，大功率控制；（2）輸出伺服驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；（3）電磁和機(jī)械干擾較為嚴(yán)重。通道結(jié)構(gòu)： 在輸出通道中，單片機(jī)完成控制處理后的輸出，總是以數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)的形式，通過(guò)I/O口或者數(shù)據(jù)總線傳送給被控對(duì)象。輸出通道的結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖所示。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)33信號(hào)處理電路 輸入通道中，信號(hào)處理的任務(wù)是可由硬件實(shí)現(xiàn)能夠完成小信號(hào)放大，信號(hào)變換，濾波、零點(diǎn)校正、線性化

5、處理、溫度補(bǔ)償、誤差修正和量程切換等任務(wù)?？捎捎布?shí)現(xiàn)，有些也可由軟件實(shí)現(xiàn)。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3（1）開(kāi)關(guān)量輸入 被控對(duì)象的一些開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以經(jīng)開(kāi)關(guān)量輸入通道輸入到單片機(jī)系統(tǒng)，這些開(kāi)關(guān)信號(hào)根據(jù)實(shí)際情況需要經(jīng)過(guò)電平匹配、電氣隔離或互感器后才能夠通過(guò)單片機(jī)接口，接入到單片機(jī)系統(tǒng)。（2）小信號(hào)放大技術(shù) 輸入通道中，對(duì)小信號(hào)需要經(jīng)過(guò)測(cè)量放大器、可編程增益放大器及帶有放大器的小信號(hào)雙線發(fā)送器等電路進(jìn)行放大調(diào)節(jié)。（3）隔離放大技術(shù) 在某些要求輸入和輸出電路彼此隔離的情況下，必須使用隔離放大器。常用隔離放大器有變壓器耦合隔離放大器和光耦合隔離放大器兩種。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)35.2 D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)

6、 D/A轉(zhuǎn)換器（Digit to Analog Converter）：將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件稱為D/A轉(zhuǎn)換器，通常用DAC表示。 D/A轉(zhuǎn)換接口器設(shè)計(jì)中主要考慮的問(wèn)題：D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇、數(shù)字量的碼輸入、精度、輸出模擬量的類型與范圍、轉(zhuǎn)換時(shí)間、與CPU的接口方式等。5.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)（1）分辨率：指D/A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，即相鄰兩個(gè)二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)的輸出電壓之差稱為D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率?？捎米畹臀唬↙SB）表示。如，n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為1/2n。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3（2）精度：精度是指D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出與理論值之間的誤差，它是以滿量程VFS的百分?jǐn)?shù)或

7、最低有效位（LSB）的分?jǐn)?shù)形式表示。（3）線性誤差：D/A的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性（各數(shù)字輸入值所對(duì)應(yīng)的各模擬輸出值之間的連線）與理想的轉(zhuǎn)換特性（始、終點(diǎn)連線）之間是有偏差的，這個(gè)偏差就是D/A的線性誤差。即兩個(gè)相鄰的數(shù)字碼所對(duì)應(yīng)的模擬輸出值（之差）與一個(gè)LSB所對(duì)應(yīng)的模擬值之差。常以LSB的分?jǐn)?shù)形式表示。（4）轉(zhuǎn)換時(shí)間TS（建立時(shí)間）：從D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量發(fā)生變化開(kāi)始，到其輸出模擬量達(dá)到相應(yīng)的穩(wěn)定值所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間。（5）偏移量誤差：偏移量誤差是指輸入數(shù)字量為零時(shí)，輸出模擬量對(duì)零的偏移值。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)35.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的分類 按輸出形式分類：電壓輸出型和電流輸出型。 按

8、是否含有鎖存器分類：內(nèi)部無(wú)鎖存器和內(nèi)部有鎖存器。 按能否作乘法運(yùn)算分類：乘算型和非乘算型。 按輸入數(shù)字量方式分類：并行總線D/A轉(zhuǎn)換器和串行總線D/A轉(zhuǎn)換器。 按轉(zhuǎn)換時(shí)間分類： 超高速D/A（TS100ns）、高速D/A（TS為100ns 10s）、中速D/A（TS為10s100s）、低速D/A（TS100s）等。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)35.2.3 D/A轉(zhuǎn)換器的接口 1DAC0832的特點(diǎn)與引腳（1）DAC0832的特點(diǎn) DAC0832是NS公司生產(chǎn)的DAC0830系列（DAC0830/32）產(chǎn)品中的一種， 8位CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，其特點(diǎn)如下： 8位并行D/A轉(zhuǎn)換； 片內(nèi)二級(jí)數(shù)據(jù)鎖存，提供

9、數(shù)據(jù)輸入雙緩沖、單緩沖、直通三種工作方式； 電流輸出型芯片(需外接運(yùn)放) ； DIP20封裝，CMOS低功耗器件，單電源（+5 V+15 V，典型值+5 V）供電；具有雙緩沖控制輸出；參考電壓為-10+10V與MCS-51連接方便。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3表2-5 工作寄存器組選擇控制表 DAC0830系列均為DIP20封裝，且管腳完全兼容，DAC0832的引腳如下圖所示。引腳功能如下：D0D7：8位數(shù)字量輸入端 ： 片選端，低有效ILE ： 數(shù)據(jù)鎖存允許 ： 寫控制信號(hào)1 ： 寫控制信號(hào)2 ： 數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)Iout1： 電流輸出端1Iout2： 電流輸出端2RFB ： 內(nèi)置反饋電阻端VRE

10、F : 參考電壓源（-10 V+10 V） DGND： 數(shù)字量地AGND： 模擬量地Vcc： +5 +15V單電源供電端片機(jī)原理及其接口技術(shù)32電壓輸出方法 DAC0832需要電壓輸出時(shí)，可以簡(jiǎn)單地使用一個(gè)運(yùn)算放大器連接成單極性輸出形式。如右圖所示。 輸出電壓VOUT= （-VREF） 3單緩沖方式接口 單緩沖方式是指DAC0832內(nèi)部的兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器有一個(gè)處于直通方式，另一個(gè)處于受單片機(jī)控制的方式。如下頁(yè)圖所示。ILE接+5V，片選信號(hào)及數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)都與地址選擇線P2.7相連，地址為7FFFH，兩級(jí)寄存器的寫信號(hào)都由CPU的端控制。數(shù)字量可以直接從MCS-51的P0口送入DAC0832。當(dāng)?shù)?/p>

11、址選擇線選擇好DAC0832后，只要輸出控制信號(hào)，DAC0832就能一次完成數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3執(zhí)行下列幾條指令就可以完成一次D/A轉(zhuǎn)換：MOV DPTR, #7FFFH ; 地址指向DAC0832MOV A, #DATA ; 待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量DATA送累加器AMOVX DPTR, A ; 數(shù)字量送P2.7指向的地址，有效時(shí)完成一次D/A輸入例題 利用上圖所示電路，使用DAC0832作波形發(fā)生器產(chǎn)生三角波。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3解：在上頁(yè)圖中，放大器LM324的輸出端VOUT直接反饋到RFB，所以該電路只能產(chǎn)生單極性的模擬電壓。 產(chǎn)生三角波的程序如下： OR

12、G 0100H START: MOV DPTR, #7FFFH ; 地址指向DAC0832 MOV A, #00H ; 三角波起始電壓為0 UP: MOVX DPTR, A ; 數(shù)字量送DAC0832轉(zhuǎn)換 INC A ; 三角波上升邊 JNZ UP ; 未到最高點(diǎn)0FFH，返回UP繼續(xù) DOWN: DEC A ; 到三角波最高值，開(kāi)始下降邊 MOVX DPTR, A ; 數(shù)字量送DAC0832轉(zhuǎn)換 JNZ DOWN ; 未到最低點(diǎn)0，返回DOWN繼續(xù) SJMP UP ; 返回上升邊 END 數(shù)字量從0開(kāi)始逐次加1，模擬量與之成正比，當(dāng)（A）=0FFH時(shí)，則逐次減1，減至（A）=0后，再?gòu)?開(kāi)始

13、加1，如此循環(huán)重復(fù)上述過(guò)程，輸出就是一個(gè)三角波。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 對(duì)于多路D/A轉(zhuǎn)換，若要求同步進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出時(shí)，則必須采用雙緩沖方式。例題 假設(shè)某一分時(shí)控制系統(tǒng)，由一臺(tái)單片機(jī)控制并行的兩臺(tái)設(shè)備，連接電路如下圖所示，兩臺(tái)設(shè)備的模擬控制信號(hào)分別由兩片DAC0832輸出，要求兩片DAC0832同步輸出。4雙緩沖方式 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3解：如上頁(yè)圖所示，利用DAC0832雙緩沖的原理，對(duì)不同端口地址的訪問(wèn)具有不同的操作功能，具體功能如下表所示。實(shí)現(xiàn)同步輸出的操作步驟為： 將1#待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)總線 1#DAC0832的第一級(jí)鎖存（寫7FFFH口）； 將0#待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)總線 0#DA

14、C0832的第一級(jí)鎖存（寫0DFFFH口）； 將1#、0#DAC0832的第一級(jí)鎖存器中的數(shù)據(jù) 各自的第二級(jí)鎖存，同時(shí)開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換（寫0BFFFH），周而復(fù)始。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3程序如下： ORG 0100H START: MOV DPTR, #7FFFH; 數(shù)據(jù)指針指向1#的第一級(jí)鎖存器MOV A, #DATA1; 取第一個(gè)待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)DATA1MOVX DPTR, A; 送入第一級(jí)緩沖器MOV DPTR, #0DFFFH; 數(shù)據(jù)指針指向0#的第一級(jí)鎖存器MOV A, #DATA0; 取第二個(gè)待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)DATA0MOVX DPTR, A; 送入第一級(jí)緩沖器MOV DPTR, #0BFFF

15、H; 數(shù)據(jù)指針指向兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的第二 級(jí)緩沖地址MOVX DPTR, A; 1#和0#數(shù)據(jù)同時(shí)由第一級(jí)向第二 級(jí)鎖存?zhèn)魉?，并開(kāi)始轉(zhuǎn)換RETEND片機(jī)原理及其接口技術(shù)35.3 A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器（Analog To Digit Converter）：將模擬量轉(zhuǎn)換為與之成比例的數(shù)字量的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器，常用ADC表示。5.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) （1）分辨率：分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為滿刻度電壓與2n之比值，其中n為ADC的位數(shù)。 例如：具有12位分辨率的ADC能分辨出滿刻度的（1/2）12或滿刻度的0.02

16、45%。一個(gè)10V滿刻度的12位ADC能夠分辨輸入電壓變化的最小值為2.4mV。而 位的A/D轉(zhuǎn)換器（滿字為1999），其分辨率為滿刻度的1/1999100%=0.05%。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3（2）轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換速率是指A/D轉(zhuǎn)換器每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間（包括穩(wěn)定時(shí)間）。轉(zhuǎn)換時(shí)間是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。（3）量化誤差：有限分辨率A/D的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與理想無(wú)限分辨率A/D的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差稱為量化誤差。通常是1個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB，1/2LSB。（4）線性度：實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏

17、差。不包括量化誤差、偏移誤差（輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)不為零的值）和滿刻度誤差（滿度輸出時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差）三種誤差。（5）量程：量程是指A/D能夠轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如05V，-10+10V等。（6） 其他指標(biāo)：內(nèi)部/外部電壓基準(zhǔn)、失調(diào)（零點(diǎn)）溫度系數(shù)、增益溫度系數(shù)，以及電源電壓變化抑制比等性能指標(biāo)。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)35.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的分類 片機(jī)原理及其接口技術(shù)35.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器的接口 1逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器（SAR） 組成：由結(jié)果寄存器、比較器和控制邏輯等部件組成。 原理：采用對(duì)分搜索逐位比較的方法逐步逼近，利用數(shù)字量試探地進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換、再比較判斷

18、，從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。 將D/A轉(zhuǎn)換器的輸出從二進(jìn)制數(shù)據(jù)的最高位起，依次逐位置1，與待轉(zhuǎn)換的模擬量比較,若前者小于后者，該位置1并保留下來(lái)，若前者大于后者，該位清0;然后再照此比較下一位,直至比完最低位。最后得到的結(jié)果，即A/D轉(zhuǎn)換的值。 特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度較快（比較次數(shù)等于A/D的位數(shù)），通常在幾S至幾百S數(shù)量級(jí)；被轉(zhuǎn)換的模擬量若頻率很高（變化較快）則要加采樣保持電路；被轉(zhuǎn)換的模擬量若幅度過(guò)?。ㄐ盘?hào)微弱）則需要加信號(hào)處理電路。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3（1）ADC0809的特點(diǎn) ADC0809是NS（National Semiconductor，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體）公司生產(chǎn)的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。其特

19、點(diǎn)如下： 分辨率為8位，誤差1LSB ； CMOS低功耗器件； 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100 s（當(dāng)外部時(shí)鐘輸入頻率fc = 640 kHz ） ； 很容易與微處理器連接； 單一電源+5V，采用單一電源+5V供電時(shí)量程為05V； 無(wú)需零位或滿量程調(diào)整，使用5V或采用經(jīng)調(diào)整模擬間距的電壓基準(zhǔn)工作； 帶有鎖存控制邏輯的8通道多路輸入轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)； DIP28封裝； 帶鎖存器的三態(tài)數(shù)據(jù)輸出。 轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取方式有延時(shí)讀數(shù)、查詢EOC=1、EOC申請(qǐng)中斷。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3（2）ADC0809引腳功能 IN0IN7：8通道模擬量輸入端 2-82-1： 8位數(shù)字量輸出端C、B、A：接地址鎖存器的低三位地址ALE： 地

20、址鎖存允許控制信號(hào)START：清0內(nèi)寄存器,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換OE： 允許讀A/D結(jié)果,高有效CLK：時(shí)鐘輸入端，范圍為10kHz1200kHz，典型值640kHzEOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高Vcc：+5VVref+：參考電壓，+5VVref-：0V片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 ADC0809 有8路模擬量輸入IN7IN0 。一次只能選通其中的某一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，選通的通道由ALE上升沿時(shí)送入的C，B，A引腳信號(hào)決定。C，B，A地址與選通的通道間的關(guān)系如下表所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3（3）接口與編程 ADC0809典型應(yīng)用如下圖所示。由于ADC0809輸出含三態(tài)鎖存，所以其數(shù)據(jù)輸出可以直接連接MCS-51的數(shù)據(jù)總線P

21、0口?？赏ㄟ^(guò)外部中斷或查詢方式讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3例題 假設(shè)ADC0809與MCS-51的硬件連接如上頁(yè)圖所示，要求采用中斷方法，進(jìn)行8路A/D轉(zhuǎn)換，將IN0IN7轉(zhuǎn)換結(jié)果分別存入片內(nèi)RAM的30H37H地址單元中。解：程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN; 轉(zhuǎn)主程序 ORG 0003H; 中斷服務(wù)入口地址 LJMP INT0F; 中斷服務(wù)。 ORG 0100HMAIN: MOV R0, #30H; 內(nèi)部數(shù)據(jù)指針指向30H單元 MOV DPTR, #7FF8H; 指向P2.7口，且選通IN0 （低3位地址為 000） SETB IT0; 設(shè)置下降沿觸發(fā) SE

22、TB EX0; 允許中斷 SETB EA; 開(kāi)總中斷允許 MOVX DPTR, A ; 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 LJMP $; 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷片機(jī)原理及其接口技術(shù)3中斷服務(wù)程序如下： INT0F: MOVX A, DPTR; 取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R0, A; 存結(jié)果 INC R0; 內(nèi)部指針下移 INC DPTR; 外部指針下移，指向下一路 CJNE R0，#39H，NEXT; 未轉(zhuǎn)換完8路，繼續(xù)轉(zhuǎn)換 CLR EX0; 關(guān)中斷允許 RETI; 中斷返回 NEXT: MOVX DPTR, A; 啟動(dòng)下一路A/D轉(zhuǎn)換 RETI; 中斷返回，繼續(xù)等待下一次 END片機(jī)原理及其接口技術(shù)32雙積分型A/

23、D轉(zhuǎn)換器 特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度較慢（因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程要兩次積分）通常在幾十mS至幾百mS數(shù)量級(jí)；具有轉(zhuǎn)換精度高、性價(jià)比高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在速度要求不很高的實(shí)際工程中廣泛使用。 常用型號(hào)： MC14433，ICL7106，ICL7135，AD7555等。 （1）MC14433特點(diǎn) 位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器； 外部基準(zhǔn)電壓輸入：200 mV或2 V； 自動(dòng)調(diào)零； 量程有199.9 mV或1.999 V兩種（由外部基準(zhǔn)電壓VREF決定）； 轉(zhuǎn)換速度為110次/秒，速度較慢。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 MC14433為DIP24封裝，芯片引腳如下圖所示，引腳的功能及含義如下：VDD：正電源端，典型值+

24、5 V；VEE：模擬負(fù)電源端，典型值-5 V；VSS：數(shù)字地；AGND：模擬地；VX：被測(cè)電壓輸入端；VREF：外接電壓基準(zhǔn)輸入端 （2 V或200 mV） ；R1：外接積分電阻輸入；C1：外接積分電容輸入；R1/C1：外接電阻R1和外接電容C1的公共端，電容C1常采用聚丙烯電容，典型值0.1F，電阻R1有兩種選擇：470k（量程為200 mV時(shí)）或27 k（量程為2V時(shí)）；（2）MC14433引腳功能片機(jī)原理及其接口技術(shù)3C01，C02：外接失調(diào)補(bǔ)償電容端，典型值為0.1 F；CLK0，CLK1：時(shí)鐘振蕩器外接電阻RC接入端，外接電阻RC典型值470 k，時(shí)鐘頻率隨RC電阻阻值的增加而下降；

25、DU：更新轉(zhuǎn)換控制信號(hào)輸入，高電平有效；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出，當(dāng)DU有效后，EOC變低，16400個(gè)時(shí)鐘脈沖（CLK）周期后產(chǎn)生一個(gè)0.5倍時(shí)鐘周期寬度的正脈沖，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束?？蓪OC與DU相連，即每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，均自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換； ：過(guò)量程狀態(tài)輸出，低電平有效。當(dāng)|VX|VREF時(shí)，有效（輸出低電平）；DS1DS4：分別表示千、百、十、個(gè)位的選通脈沖輸出，格式為18個(gè)時(shí)鐘周期寬度的正脈沖。例如，在DS2有效期間，Q0Q3上輸出的BCD碼表示轉(zhuǎn)換的百位的數(shù)值；Q0Q3：某位BCD碼數(shù)字量輸出。具體是哪位，由選通脈沖DS1DS4指定，其中，Q3為高位，Q0為低位。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)

26、3（3）MC14433選通時(shí)序 如下圖所示。EOC輸出1/2個(gè)CLK周期正脈沖表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，依次DS1，DS2，DS3，DS4有效。在DS1有效期間從Q3Q0端讀出的數(shù)據(jù)是千位數(shù)，在DS2有效期間讀出的為百位數(shù)，依此類推，周而復(fù)始。當(dāng)DS1有效時(shí)，Q3Q0上輸出的千位數(shù)據(jù)選通含義如下頁(yè)表所示。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3（4）接口與編程例題 MC14433與MCS-51的連接如下圖所示，采用中斷方式（下降沿觸發(fā)），結(jié)果存儲(chǔ)格式如下表所示，欠量程、過(guò)量程和極性分別保存在00H02H位地址單元中。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3解：程序如下： UNDER: EQU 00H; 位地址單元

27、存放欠量程（1真0假） OVER: EQU 01H; 位地址單元存放過(guò)量程（1真0假） POLA: EQU 02H; 位地址單元存放極性（1負(fù)0正） HIGH: EQU 31H; 高位 LOW: EQU 30H; 低位 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H; 中斷服務(wù)入口地址 LJMP INT1F MAIN: MOV LOW, #0 MOV HIGH, #0 ; 將存放結(jié)果的單元清0 CLR UNDER CLR OVER; 將存放欠量程、超量程的位地址單元內(nèi)容清0 CLR POLA; 假定結(jié)果為正 SETB IT1; 置外部中斷為下降沿觸發(fā) SETB EX1; 開(kāi)中斷允許

28、 SETB EA; 開(kāi)中斷總允許 LJMP $ ; 等待中斷 INT1F: MOV A, P1; 進(jìn)入中斷，說(shuō)明MC14433轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀P1口 JNB ACC.4, INT1F ; DS1無(wú)效，等待 JB ACC.2, NEXT; Q2=1表示正，已經(jīng)預(yù)處理過(guò)，繼續(xù) SETB POLA; 為負(fù)，需將02H置位 NEXT: JB ACC.3, NEXT1; 千位為0，已經(jīng)預(yù)處理過(guò)，繼續(xù) ORL HIGH, #10H ; 將千位信息保存在高位單元中片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 NEXT1: JB ACC.0，ERROR; 轉(zhuǎn)欠、超量程處理，有千位已能區(qū)分 INI1: MOV A, P1 JNB ACC

29、.5, INI1; 等待百位選通信號(hào) ANL A, #0FH; 屏蔽高4位 ORL HIGH, A INI2: MOV A, P1 JNB ACC.6, INI2 ;等待十位選通信號(hào) ANL A, #0FH; 屏蔽高4位 SWAP A; 交換到高4位 ORL LOW, A INI3: MOV A, P1 JNB ACC.7, INI1 ; 等待個(gè)位選通信號(hào) ANL A, #0FH; 屏蔽高4位 ORL LOW, A RETI ERROR: MOV A, HIGH ; 欠、超量程處理 CJNE A, #0, OV ; 有千位表示過(guò)量程 SETB UNDER; 置欠量程標(biāo)志 RETI OV: SE

30、TB OVER; 置過(guò)量程標(biāo)志 RETI END片機(jī)原理及其接口技術(shù)33串行A/D轉(zhuǎn)換器 特點(diǎn)：引腳數(shù)少（常見(jiàn)的8引腳或更少），集成度高（基本上無(wú)需外接其他器件），價(jià)格低，易于數(shù)字隔離，易于芯片升級(jí)，廉價(jià)，速度略微降低。 （1）MAX187/189芯片引腳及功能 MAX187/189是MAXIM公司生產(chǎn)的具有SPI（Serial Peripheral Interface）總線接口的12位逐次逼近式（SAR）A/D轉(zhuǎn)換芯片。特點(diǎn)如下： 12位逐次逼近式（SAR）串行A/D轉(zhuǎn)換芯片； 轉(zhuǎn)換速度為75 kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為8.5s； 輸入模擬電壓：05V； 單一+5 V供電； DIP8引腳封裝，外接元

31、件簡(jiǎn)單，使用方便。 MAX187與MAX189的區(qū)別在于：MAX187具有內(nèi)部基準(zhǔn)，無(wú)需外部提供基準(zhǔn)電壓，MAX189則需外接電壓基準(zhǔn)。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 MAX187/189芯片引腳如下圖所示。引腳的功能如下：VDD：工作電源：+5V5%；GND：模擬和數(shù)字地；VREF：參考電壓輸入； ：片選輸入；AIN：模擬電壓輸入，范圍為0VREF或04.096 V（MAX187）； （shut down）：關(guān)閉控制信號(hào)輸入，提供三級(jí)關(guān)閉方式：待命低功耗狀態(tài)（電流僅10 A ），允許使用內(nèi)部基準(zhǔn)；禁止使用內(nèi)部基準(zhǔn)；DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出，在串行脈沖SCLK的下降沿?cái)?shù)據(jù)變化； SCLK：串行時(shí)鐘輸入

32、，最大允許頻率為5 MHz。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 使用MAX187/189進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)分的步驟： 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 當(dāng) 輸入低電平時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，此時(shí)DOUT引腳輸出低電平，充當(dāng)傳遞“轉(zhuǎn)換結(jié)束”信號(hào)的作用。當(dāng)DOUT輸出變高電平時(shí)，說(shuō)明轉(zhuǎn)換結(jié)束（在轉(zhuǎn)換期間，SCLK不允許送入脈沖）。 串行讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果 從SCLK引腳輸入讀出脈沖，SCLK每輸入一個(gè)脈沖，DOUT引腳上輸出一位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出的順序?yàn)橄雀呶缓蟮臀?，在SCLK信號(hào)的下降沿，數(shù)據(jù)改變，在SCLK的上升沿，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。在SCLK信號(hào)為高電平期間從DOUT引腳上讀數(shù)據(jù)。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3（2）接口與編程 MAX

33、187與MCS-51的連接電路如下圖所示。其中，P1.7為控制片選，P1.6為輸入串行移位脈沖，P1.5為接收串行數(shù)據(jù)端。MAX187外接4.7 F退耦電容激活內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，接+5 V允許使用內(nèi)部基準(zhǔn)。 注意：MAX187/189的片選在轉(zhuǎn)換和讀出數(shù)據(jù)期間必須始終保持低電平。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3工作流程：清P1.7，啟動(dòng)MAX187開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換；讀P1.5，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束；當(dāng)P1.5變高，轉(zhuǎn)換結(jié)束；從P1.6引腳發(fā)串行脈沖，從P1.5引腳逐位讀取數(shù)據(jù)。 注意：由于MCS-51單片機(jī)外接晶振最大不超過(guò)12 MHz，即便是執(zhí)行一條單周期指令也需1 s，所以發(fā)送SCLK時(shí)無(wú)需延時(shí)。 例題 如圖上頁(yè)

34、圖所示的MAX187與MCS-51連接的電路圖，將MAX187轉(zhuǎn)換結(jié)果存入31H、30H單元，右對(duì)齊，31H存高位（高4位補(bǔ)0）。解：程序如下： HIGH EQU 31H LOW EQU 30H ORG 1000HSTART: MOV HIGH, #00 MOV LOW, #00; 將轉(zhuǎn)換結(jié)果單元清除 CLR P1.6片機(jī)原理及其接口技術(shù)3 CLR P1.7; 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 JNB P1.5, $; 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 SETB P1.6; SCLK上升沿 MOV R7, #12; 置循環(huán)初值12 LP: CPL P1.6; 發(fā)SCLK脈沖 JNB P1.6, LP; 等待SCLK變高 MOV C, P1.5; 將數(shù)據(jù)取到C MOV A, LOW RLC A MOV LOW, A MOV A, HIGH RLC A MOV HIGH, A; 將取到的數(shù)據(jù)位逐位移入結(jié)果保存單元 DJNZ R7, LP SETB P1.7; 結(jié)束 RET END 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3功能：主要實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，由單片機(jī)分析處理或顯示打印，為現(xiàn)場(chǎng)操作者提供操作指導(dǎo)等功能。 1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)需要解決的主要問(wèn)題：模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)。模擬量通道結(jié)構(gòu)：（1）每路模擬量均有各自獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器、采樣保持器。其特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、程序設(shè)計(jì)方便，A/D轉(zhuǎn)換是并行的，轉(zhuǎn)換速度較快，成本